Comunidad bacteriana ruminal. Factores asociados con su estructura y composición

Introducción

Las principales características productivas de los animales rumiantes (producción y composición de la leche, ganancia de peso y eficiencia alimenticia) y la síntesis de metano, proceso de importancia para la salud del animal y ambiente, tienen correlación con la composición y estructura de la comunidad microbiana establecida en el Ecosistema ruminal (ER).

En referencia a los componentes del “Microbioma ruminal”, estudios realizados empleando técnicas moleculares y metagenómicas han permitido identificar más de 25 Filos de bacterias, y evidenciar la existencia de un “núcleo” bacteriano, dominado por mayoría de especies pertenecientes a los Filos Bacteroidetes, Firmicutes, Proteobacteria, Espiroquetas, Fibrobacteres y Tenericutes; de los cuales Bacteroidetes y Firmicutes concentran la mayor proporción de genes obtenidos en las secuencias de ADN y ARN presentes en las muestras de contenido ruminal. En cuanto a géneros, en el núcleo se destaca el predominio de Prevotella, Butyrivibrio y Ruminococcus, junto con otros miembros “no clasificados”, pertenecientes a las familias Lachnospiraceae, Ruminococcaceae, Bacteroidales y Clostridiales ^(1-4)

Las numerosas actividades metabólicas que ejecutan las «bacterias» de manera concertada con otras especies microbianas son funciones claves para:

• Aprovechar los forrajes
• La provisión de nutrientes al animal
• El mantenimiento de las condiciones físicas y químicas del medio ruminal
• La salud y la respuesta productiva del animal.

En este sentido, conviene hacer énfasis en que la intensa acción enzimática bacteriana es esencial para la degradación de los carbohidratos, compuestos nitrogenados y lípidos componentes de los alimentos. Además, los procesos de síntesis de ácidos grasos volátiles, proteína y vitaminas son vitales para el metabolismo del animal  ^(4-10).

En esta entrada, nuestro objetivo está orientado a la mención de los factores que tienen mayor influencia en la dinámica de la comunidad bacteriana del rumen, los cuales deben ser considerados cuando se tenga la intención de aplicar estrategias de intervención ruminal, en particular, las destinadas a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y, a mejorar la eficiencia y productividad.

Factores influyentes en la dinámica bacteriana ruminal

La población de bacterias en el ER es inmensurable y diversa. Aunque en el animal adulto es estable, responde con versatilidad a la influencia de varios factores; cada uno en particular o en conjunto, pueden modificar su estructura y composición, y ocasionar cambios temporales en el número de filos, géneros y especies ^(1,4,10-16).

Para mejor comprensión del tema, a los principales factores que influyen en la dinámica bacteriana ruminal los hemos agrupado en: Factores intrínsecos asociados con el animal y Factores externos (Tabla 1).

Adaptado de los autores: 1,17,21-38

Factores nutricionales

Tomando en cuenta los resultados de algunos ensayos se deduce que, «el factor primario» determinante de las diferencias en la comunidad bacteriana en términos de abundancia, composición y ocurrencia es la “variación individual”, asociada con características  genéticas particulares de cada animal. Este hecho, se ha puesto de manifiesto en grupos de animales mantenidos en similares condiciones experimentales de ambiente, dieta y manejo ^(17-20).

Ahora bien, aparte de los rasgos individuales, pero sin olvidar que en mayor o menor grado todos los factores afectan la dinámica microbiana ruminal, nuestro enfoque está centrado en el “factor nutricional”; siendo éste, uno de los factores más estudiados y valorados por los científicos. Se ha demostrado que la comunidad bacteriana y su dinámica enzimática cambian significativamente en respuesta a las características de la dieta y manejo nutricional, y es diferente entre los microambientes dentro del ecosistema ruminal ^{(1,17, 21-37)}.

A todo esto, analizar la influencia del factor nutricional sobre la dinámica bacteriana es una labor compleja por la multiplicidad de «elementos e interacciones» presentes en las raciones y actividades relacionadas con la práctica alimenticia; por lo tanto, en este escrito solo se mencionarán los más destacados, y se indican en la siguiente lista:

1. Factores relacionados con características químicas y físicas del alimento

• Composición química de la ración
• Especie y tipo de forraje (gramíneas y leguminosas, en forma de forraje fresco, heno o ensilado)
• Tipo de grano o alimento concentrado: granos de cereales y leguminosas, semillas oleaginosas y subproductos
• Relación Forraje/Concentrado
• Conformación y estructura de la fibra
• Tamaño de partícula
• Tratamientos aplicados al forraje o alimento
• Compuestos anti-nutricionales o fitoquímicos 
• Aditivos

2. Factores asociados con el manejo alimenticio

• Ciclo de alimentación: horario, rutina y frecuencia de suministro de alimento
• Modalidad de suministro del forraje o tipo de ración

Los factores nutricionales antes mencionados y sus interacciones condicionan las propiedades físicas y químicas del medio ruminal; por consiguiente, influyen en la composición y estructura de la comunidad bacteriana, y en las diversas actividades metabólicas y fisiológicas del animal.

El entendimiento de la dinámica bacteriana ruminal es clave para la implementación de estrategias de intervención nutricional en el contexto del «Desarrollo Sostenible»,

«Es urgente avanzar hacia sistemas de producción más eficientes con menores emisiones«

Referencias bibliográficas

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Por: Alis Teresa Márquez Araque

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Microbioma ruminal. I. Bacterias

[«Dedicated to those who appreciate the true value scientific endeavor”  (Dedicado a todos los que aprecian verdaderamente el valor de un científico) (AG Williams and GS Coleman, 1992)]

Comunidad de bacterias en el Ecosistema Ruminal

En el complejo y dinámico Ecosistema Ruminal (ER) conviven infinidad de microorganismos, los cuales establecen relaciones de diversa naturaleza, y comparten funciones metabólicas que conllevan a la degradación de los alimentos, principalmente forrajes, y a la síntesis de compuestos nutritivos para el animal.

La población microbiana más numerosa y diversa residente en el ER está constituida por las «bacterias». Se cuentan entre 10⁹  y 10¹¹  células/ml de líquido ruminal; con un estimado de masa bacteriana entre el 40 y el 90% de la microbiana total^(1-3).

Gran parte del conocimiento que se tiene sobre la morfología, fisiología y metabolismo de las bacterias ruminales fue posible gracias al desarrollo de técnicas de cultivo «in vitro» y a la habilidad de un significativo número de especies de crecer en medios anaeróbicos externos.

Taxonomía y clasificación de las bacterias ruminales

Las bacterias del rumen se incluyen en el “Dominio Bacteria” ⁽⁴⁾ que agrupa a los microorganismos procariotas unicelulares, en cuya pared celular predominan los complejos di-ésteres de glicerol di-acilo y el polímero “petidoglucano”.

En términos de jerarquía, El Filo (Phylum) está por debajo de Dominio, y junto con Género y Especie son las jerarquías de mayor uso en microbiología ruminal, y a las que haremos referencia en este documento.

La clasificación filogenética de las especies microbianas ruminales, y en particular de las bacterias ha sido refinada con la aplicación de técnicas moleculares. Mediante análisis de las secuencias de genes en ARNr y ADNr se han establecido  relaciones filogenéticas que ha permitido agrupar a las bacterias en Filos de acuerdo con la similitud en la secuencia. Estos hallazgos son relevantes y han contribuido significativamente al mejor entendimiento de la funcionalidad del ecosistema ruminal ^(5-10).

De acuerdo con información reciente, se tienen registro de la identificación de 24 Filos (Phylum) bacterianos en la comunidad ruminal; otras bacterias se incluyen en los grupos denominados “Filos Candidatos” y “No clasificados” (Figura 1). La identificación y taxonomía de microorganismos ruminales se encuentra en estado de permanente revisión y análisis.

Adaptado de: Zhang et al. ^(18); Stewart et al. ⁽²⁰); Jami y Mizrahi ⁽⁴⁶);  Petri et al. ⁽⁴⁷⁾ ;  Belanche et al. ⁽⁴⁸);
                            Malmuthuge et al. ⁽⁴⁹);  Freitas et al. ⁽⁵⁰);  Lourenco et al. (⁵¹).

Aunque las proprorciones y el número de especies varían, en los rumiantes domésticos los Filos bacterianos dominantes en el ER son: Bacteroidetes, Firmicutes, Proteobacteria, Espiroquetas, Fibrobacteres y Tenericutes; de los cuales Bacteroidetes y Firmicutes concentran la mayor proporción de genes que se han obtenido en las secuencias. Sin embargo, en los filos minoritarios existen especies de conocida y notable actividad metabólica ruminal, que son referentes bacterianos del rumen ^(10-21). En la Tabla 1, se muestran los principales géneros que integran los Filos bacterianos predominantes en el ER.

Como resultado de análisis genómicos basados en la secuencia de ARNr 16S se admite que Unidades Taxonómicas Operacionales (OTUs) pertenecientes a los géneros Prevotella, Butyrivibrio, Ruminococcus, Veillonela, Clostridium, Lactobacillus, Treponema, Pseudobutirivibrio, Anaeroplasma y selenomonas junto con especies no clasificadas incluidas en las familias Lachnospiraceae, Ruminococcaceae, Bacteroidales y Clostridiales son los grupos de mayor abundancia y ocurrencia en contenido ruminal; en promedio, concentran un estimado de 67,1% del total de las secuencias detectadas en las muestras analizadas. Este grupo de bacterias integrantes de “núcleo bacteriano del microbioma ruminal”,  probablemente sean las de mayor participación en la degradación de los polímeros que constituyen los alimentos. La proporción de cada uno en la comunidad varía principalmente en función de la dieta^(16,18-26).

El Género Prevotella, representa el grupo de bacterias de mayor abundancia en rumen, está presente en diferentes condiciones y tipo de dietas; posee amplia actividad enzimática sobre diversos sustratos, y aunque predomina en dietas con alta proporción de granos es menos afectada por los cambios en la composición de dieta. Por su parte, el género Fibrobacter es abundante en dietas con alta proporción de forraje, y agrupa especies con alta especificidad para degradar celulosa.

El número de unidades taxonómicas bacterianas existentes sigue siendo un enigma, y una parte significativa permanece sin identificar; otra fracción con identificación aún no está clasificada, sin embargo se les reconoce el rol importante que tienen en el metabolismo ruminal.

Clasificación funcional de las bacterias del rumen

La clasificación más utilizada para las bacterias ruminales se basa en el perfil metabólico relacionado con el principal sustrato que degradan y que utilizan como fuente primaria de nutrientes ^{(2, 27-30).}  Según el criterio anterior, las bacterias ruminales se asignan a grupos funcionales que indican la principal actividad enzimática que realizan: celulolíticas, hemicelulolíticas, amilolíticas, pectinolíticas, ureolíticas, proteolíticas y  lipolíticas.

Aunque algunas especies poseen alto grado de especialización en determinada actividad enzimática, las principales especies de bacterias tienen habilidad para producir más de un complejo enzimático con diferentes niveles de actividad y especificidad ^(2,6,28-32) .

Algunos ejemplos:

• Las especies Fibrobacter succinogenes, Ruminococcus albus, Ruminococcus flavefaciens son predominantemente celulolíticas ^(31-32).
• Butyrivibrio fibrisolvens se reconoce como una bacteria xilanolítica, aunque es competente para degradar variedad de sustratos, incluyendo celulosa ^(33-36).
• La especie Prevotella ruminicola tiene limitada actividad celulolítica pero posee alta eficiencia para degradar hemicelulosa, y habilidad para utilizar otros sustratos, entre ellos almidón, proteínas y aminóacidos ⁽³⁷⁾ .
• Las especies Megasphaera elsdenii, Succinivibrio dextrinosolvens y Selenomonas ruminantium participan en el metabolismo del lactato y producción de ácidos grasos volátiles, especialmente propionato ^(38-42).
• Las especies Clostridium aminophilum, Clostridium sticklandii y  Peptostreptococcus anaerobius son bacterias con actividad específica alta para degradación de péptidos y aminoácidos ^(43-45) .

En el dinámico y complejo ecosistema ruminal, la diversidad, abundancia de filos, géneros y especies de bacterias es relativamente variable, y se relaciona con diferentes factores (Figura 2), los cuales abordaremos en la próxima entrada.

Referencias bibliográficas

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Por: Alis Teresa Márquez Araque

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Comunidad Microbiana Ruminal: Composición

La mayor parte de la comunidad microbiana establecida en el Ecosistema ruminal está conformada por individuos distribuidos en los Dominios Bacteria, Eucaria (hongos y protozoarios) y Archaea (organismos metanogénicos).

Por. Alis T. Márquez-Araque

II. Microbioma ruminal, metagenómica y eficiencia productiva

Figura 1. Correlación entre parámetros de eficiencia productiva y abundancia de genes microbianos del rumen de vacas Hosltein en lactación (Correlation between efficiency parameter and genus abundance). Fuente: Jami E et al. (2014). PLoS ONE 9(1):e85423J

Optimizar la eficiencia ruminal mediante diferentes estrategias, con primordial interés en la reducción de pérdidas asociadas con la producción de metano y excreción de nitrógeno, ha marcado la ruta de los estudios en el campo de la nutrición de rumiantes. Se ha puesto particular énfasis en microbiología y función del rumen. Varios estudios metagenómicos dan cuenta de la relación entre el microbioma ruminal y características productivas del animal.

Microbioma

Microbioma:  este término se refiere a todo el hábitat, incluyendo a los microorganismos (bacterias, arqueas, eurcariotas inferiores y superiores y virus), sus genomas (es decir, genes) y las condiciones ambientales circundantes⁽¹⁾.

Microbioma ruminal:

incluye a los microorganismos que habitan en el complejo y dinámico “ecosistema ruminal” ^(2-4).

El progreso de las “Ciencias ómicas”, junto con herramientas de bioinformática ha permitido demostrar la existencia de vínculos entre la composición de la comunidad microbiana ruminal y varias características fisiológicas, metabólicas y productivas del animal.

[En los años 1980, el término “ómica” se acuñó para referirse al estudio de un conjunto de moléculas. Por ejemplo, genómica se refiere al estudio de muchos genes en el ADN; transcriptómica es el estudio de muchos transcritos o ARNm; proteómica es el estudio de muchas proteínas; metabolómica es el estudio
de muchos metabolitos, entre otros ⁽⁵⁾].

Estudios metagenómicos y metabolómicos de la comundad microbiana ruminal, realizados en varios países, con diferentes dietas, tipos raciales y variadas condiciones experimentales, han conducido a la identificación de grupos microbianos específicos y genes que se vinculan con vías metabólicas funcionales, metabolitos, apetito e ingestión de alimento, eficiencia alimenticia, producción y composición de la leche, tasa de crecimiento, calidad de la carne, y con la salud animal y humana; variables que determinan la respuesta productiva, y que están influenciadas por la dieta. A continuación se indican algunos de los hallazgos recientes.

1. Microbioma, metabolitos ruminales, producción, composición y síntesis de grasa de la leche

1.1 Grupos bacterianos específicos tienen influencia en parámetros de eficiencia de producción de leche, y en la concentración de grasa de la leche^(6,7), y en la composición de ácidos grasos (AG) de la leche, en particular, sobre el contenido de AG de cadena impar y AG poliinsaturados de C18, en menor medida, sobre el contenido de AG de cadena corta y media ⁽⁸⁾.

1.2 La abundancia, distribución y diversidad de grupos microbianos, la producción de ácidos grasos volátiles y otros metabolitos pueden variar de acuerdo con: la composición de la ración, el nivel de producción de leche, periodo de transición y etapa de lactación, entre tipos genéticos, hora de suministro de alimento y/o perturbación del patrón de alimentación y condiciones de estrés; tienen implicaciones en la salud y productividad del animal ^(9-17).

1.3 Los estudios de Wallace et al. ⁽¹⁸⁾, proporcionan información proveniente de 1000 vacas en lactación, de granjas ubicadas en cuatro países europeos, e indican lo siguiente:  

• La abundancia y riqueza de las comunidades de bacterias, protozoarios, hongos y arqueas fueron mutuamente dependientes, y tienen correlación con metabolitos ruminales, emisión de metano, índices de producción de leche y metabolitos plasmáticos.
• La estructura del núcleo microbiano ruminal se vincula con la genética y rasgos fenotípicos del hospedador.  
• Se identificaron microorganismos con posibilidad de ser intervenidos, para hacer que los procesos ruminales sean favorables para una agricultura sostenible y respetuosa con el ambiente.

2. Relación entre microbioma ruminal y características productivas en ganado para  carne

En las Unidades de Producción con rumiantes para carne, la eficiencia alimenticia, la ganancia de peso y calidad de la carne son características importantes desde el punto de vista económico; resultados de varios estudios indican que estas varaibles productivas se asocian con la diversidad y abundancia microbiana, genes y metabolitos ruminales^(19-29). Al respecto, se deduce lo siguiente:

• La abundancia y diversidad relativa de genes microbianos ruminales puede ser útil para predecir la respuesta productiva.
• Los metabolitos pueden utilizarse como biomarcadores de la eficiencia de alimenticia; proporcionan información sobre los factores que contribuyen con las diferencias observadas entre los distintos grados de eficiencia alimenticia que expresan los animales.
• El mejor entendimiento de los procesos bioquímicos asociados con el microbioma ruminal brinda oportunidades para reexaminar y desarrollar métodos innovadores que permitan aumentar la digestibilidad de la fibra, mejorar la eficiencia alimenticia, mitigar la emisión de metano, disminuir la excreción de N y optimizar la ganancia diaria de peso.

3. Microbioma y sintesis de metano

En otras investigaciones, se ha revelado la asociación de la estructura de la comunidad microbial, la abundancia de ciertas Unidades Taxonómicas Operativas (OTU´s) o de tipos microbianos particulares, vías funcionales específicas y biomarcadores con la producción de metano. Hallazgos relevantes, útiles para detectar animales con mayor o menor predisposición a producir metano, lo cual puede facilitar la selección genética, y llegar a tener rebaños más eficientes, con menores emisiones ^(30-33).

Consideraciones finales

Todavía falta mucho por elucidar sobre la compleja funcionalidad del ecosistema ruminal. Sin embargo, la integración de los conocimientos básicos sobre microbiología y bioquímica ruminal con los descubrimientos recientes, en los que se evidencia el vínculo del “microbioma ruminal” con el genoma del animal y características productivas, ofrece oportunidades para abordar con mayor certeza la intervención nutricional, y avanzar hacia sistemas de producción con rumiantes más eficientes, y menos dañinos para el ambiente.

En aquello países con poca o ninguna disponibilidad de las tecnologías requeridas para realizar estudios genómicos, se crean limitaciones para la generación de conocimientos locales y aplicación práctica; no obstante, la información que proviene de los centros de investigación, puede ser utilizada como referencia para orientar el diseño de estrategias nutricionales y de manejo general, teniendo en cuenta «la necesidad de producir alimentos para la creciente población mundial en sistemas pecuarios sostenibles«.

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La “Transformación de los Sistemas Agroalimentarios” es un compromiso y una necesidad para el logro de los Objetivos del Desarrollo Sostenible«

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Microbiología ruminal. Una breve perspectiva del estado del conocimiento

Comprendiendo el rumen más allá de lo visible

A nivel mundial, los bovinos, ovinos, bufalinos y caprinos son los principales rumiantes domésticos, animales que por su particular «ecosistema ruminal» conformado por microorganismos, tienen la habilidad de trasformar forrajes y otros productos alimenticios no aptos para el consumo humano en alimentos de alto valor nutritivo.

Para que los rumiantes domésticos puedan continuar produciendo alimentos, y de esta manera contribuir a satisfacer las necesidades nutricionales de una población mundial en continuo crecimiento será obligatoria la integración de esfuerzos adicionales, considerando las limitaciones impuestas por el cambio climático y la Pandemia por COVID-19; ambos hechos, deben impulsar a los ganaderos a implementar estrategias dirigidas a mejorar la eficiencia productiva pero con el menor impacto ambiental y aplicando estrictos protocolos de bioseguridad.

Sin olvidar que la Unidad de Producción Pecuaria (UPP) funciona como un «Sistema», la intervención nutricional se perfila como la mejor estrategia para incrementar la eficiencia productiva y reducir la emisión de contaminantes.

Aunque parezca sencillo, alimentar a un animal rumiante es una labor compleja, tomando en cuenta que se debe «suministrar una dieta con adecuada proporción de nutrientes para el animal y nutrientes para los microorganismos», esto implica que las personas encargadas de la gestión nutricional deben poseer una sólida base de conocimientos, y entendimiento de la «dinámica microbiana ruminal» ^(1,2). A continuación se exponen aspectos generales relativos al estado del conocimiento de la microbiología ruminal.

El Ecosistema ruminal

El animal y la «comunidad microbiana» residente en el retículo-rumen, conforman una unidad de alta complejidad por la diversidad de microbios, actividad metabólica, relaciones e interacciones entre y dentro de especies; todo organizado en un «único» y «complejo» «Ecosistema ruminal«, en estrecha vinculación con la nutrición, salud, procesos biológicos celulares, rasgos productivos del animal y la emisión de metano ^(1,3-5).

Algunas variables de producción, por ejemplo: kg de leche por día, ganancia diaria de peso, porcentaje de grasa en leche, etc., se pueden cuantificar con facilidad; por el contrario, en las condiciones existentes en las unidades de producción resulta difícil medir la actividad microbiana ruminal. La buena noticia es que numerosos investigadores han generado información científica sobre las relaciones entre los microorganismos y el animal, la cual puede ser utilizada como base para sustentar las estrategias de intervención nutricional necesarias para la mejor eficiencia y productividad.

¿Qué hacen los microorganismos establecidos en el ecosistema ruminal?

La comunidad microbiana lleva a cabo un intenso trabajo metabólico, con diversas actividades bioquímicas^(4-8). Entre ellas, se destacan:

• Producción de complejos multi-enzimáticos, esenciales para la degradación de los polímeros que conforman los alimentos, particularmente los carbohidratos estructurales, principales constituyentes de los «forrajes»;
• A partir de los metabolitos que obtienen, grupos de microorganismos producen nutrientes para los animales (aminoácidos, ácidos grasos y vitaminas), indispensables para asegurar la salud, la función inmune y la eficiencia productiva;
• También, producen enzimas capaces de descomponer a ciertas sustancias tóxicas y micotoxinas presentes en alimentos, contribuyendo con la reducción de su potencial dañino. Este hecho, en cierta medida proporciona protección al animal contra posibles daños.
• Por otro lado, las bacterias contienen en su pared celular “Lipopolisacárido (LPS) o Ácido lipotecoico (LTA)”, con frecuencia se denominan “endotoxinas”, estas sustancias, al ser liberadas y aumentar su concentración en el medio ruminal se trasladan a diversos tejidos, y causan respuesta inflamatoria,  afectando la salud del animal.
•  Otros productos del metabolismo microbiano como el metano, tienen impacto en el ambiente.
• Aparte, conviene destacar el potencial de aplicación biotecnológico que posee un gran número de sustancias producidas por los microbios ruminales.

El estado del conocimiento sobre microbiología y genómica microbiana ruminal

Composición de la comunidad microbiana

En general, la comunidad microbiana residente en el Retículo-Rumen está integrada por individuos agrupados en tres Dominios ^(1,9-11).

 A saber:

• Eubacteria (Bacteria)
• Eucaria (Lat. Eukarya/Eukaryota): conformado por hongos y protozoarios
• Arquea (Lat. Archaea): organismos metanogénicos

Junto con los anteriores, coexisten micoplasmas y bacteriófagos.

Los miembros de la comunidad microbiana que han sido identificados dentro de cada dominio se clasifican en categorías a nivel de reino, filo, clase, orden, familia, género y especie. Otro grupo significativo de microorganismos, con funciones claves en el metabolismo ruminal permanecen sin asignación taxonómica, y se les designa como “no clasificados”.  

El estudio de los microbios del rumen ha estado limitado, debido a la poca habilidad para reproducirse en medios de cultivo. En los años 40, el Dr. Robert Hungate, pionero en cultivos microbianos anaeróbicos con microorganismos ruminales, inicia una serie de investigaciones a partir de las cuales se produjeron valiosos y aún vigentes conocimientos ^(10,12,13). En adelante, y todavía con restricciones, continúan los progresos en la identificación, caracterización morfológica y bioquímica, y uso de nutrientes de una parte de las especies microbianas residentes en el rumen. Algunos de los estudios se encuentran descritos en varias publicaciones, en las que se reúne información desde unos 30 años atrás hasta fechas recientes ^(14-18).

En los últimos 15 años, el desarrollo de la biotecnología, bioingeniería, bioinformática, técnicas moleculares, y el advenimiento de la “Genómica” ha sido clave para el mejor entendimiento de la composición, estructura y funcionalidad de la “comunidad microbiana ruminal”; especial interés se ha puesto en: las especies y procesos bioquímicos involucrados con la emisión de gases de efecto invernadero, mecanismos enzimáticos microbianos, relación con rasgos productivos, y potencial biotecnológico para diversas áreas de aplicación. Es abundante el número de artículos científicos que sobre este tema se encuentra disponible a nivel mundial, en este documento se sugieren algunos ^(4,5,19-24).

Genoma microbiano ruminal: Proyecto Hungate1000 y Censo Mundial del Rumen

Iniciativas como el Censo Mundial del Rumen (Global Rumen Census) y el Proyecto Hungate1000, conducidos por notables científicos de diversas nacionalidades, con la participación de reconocidas instituciones a nivel mundial, tienen el principal propósito de ampliar la base científica de la diversidad y funcionalidad del microbioma ruminal, considerando como eje central -el estudio de las especies responsables de la emisión de “metano”.

Una primera publicación derivada del «Censo Mundial del Rumen» proporciona información sobre la composición del “microbioma ruminal” de rumiantes domésticos (bovinos, ovinos, bufalinos, caprinos), cérvidos  y camélidos (llamas, guanacos y alpacas). Se utilizaron 742 muestras de contenido ruminal, de 32 especies, procedentes de 35 países ⁽²⁵⁾.

Los resultados de este censo indican que:

• El ecosistema microbiano ruminal es dominado por un “núcleo”, constituido por microbios escasamente caracterizados. 
• Hubo cierta variación en la composición de la comunidad bacteriana, probablemente debido a diferencias en la dieta, clima y prácticas agrícolas.
• La población “dominante de bacterias” y arqueas en las muestras estudiadas presenta un alto grado de similitud.
• Los 30 grupos bacterianos más “abundantes” se encontraron presentes en más del 90% de las muestras analizadas, y juntos constituyen el 89,4% de los datos de secuencia.
• A diferencia de las bacterias y arqueas, la población de protozoarios en las muestras mostró amplia variación en su composición.
• Las diferencias observadas en la composición de la comunidad microbiana se atribuyen principalmente a la dieta.

Por otra parte, el Proyecto Hungate1000 que se inició en el año 2012, produjo un catálogo de referencia del genoma microbiano ruminal, con datos de 480 bacterias y 21 arqueas cultivadas ⁽²⁶⁾.  

• En el Catalogo de Hungate se encuentra inscrito el “genoma” de más del 75% de los géneros de bacterias presentes en la comunidad microbiana, incluye 9 Filos, 48 Familias y 82 géneros.
• Se identificaron genes que codifican un aproximado de 33000 polisacaridasas.  
• Se evaluaron vías metabólicas involucradas en la degradación de carbohidratos, producción de ácidos grasos volátiles y síntesis de metano, y también las especies implicadas.

Para los autores, la Colección Hungate constituye un gran avance del estado del conocimiento, y proporciona un recurso de referencia para mejorar la comprensión con respecto a la diversidad y actividad microbiana ruminal. Será de utilidad para apoyar el desarrollo de nuevas tecnologías de intervención nutricional, mejorar la eficiencia y productividad animal, y aprovechar el potencial biotecnológico del ecosistema ruminal.

A los datos del Catalogo Hungate1000 se suman los que aportaron Stewart et al.^(27,28). En sus estudios, analizaron el genoma microbiano ruminal de bovinos mestizos Aberdeen Angus, Limousin y Charolais y, de animales puros de la raza Luing. Los hallazgos más relevantes se relacionan con la obtención de datos sobre la conformación del “proteoma”, particularmente de los genes involucrados en la diversidad proteica, actividad enzimática y vías metabólicas asociadas con la degradación de carbohidratos.  

En otras investigaciones, igualmente destacadas, se revela el rol que tienen las bacterias que no forman parte el núcleo bacteriano, las cuales también tienen vínculos con la producción de ácidos grasos de cadena corta y contribuyen con la variación en los rasgos de producción de leche ^(29,30).

En términos generales, en el campo de la microbiología ruminal, los estudios metagenómicos avanzan a un gran ritmo. Cada vez, se dispone de mayor cantidad de información procedente de ensayos con diferentes especies de rumiantes en variadas condiciones geográficas, ambientales y de manejo, estados fisiológicos y dietas; de utilidad para mejorar el “estado del conocimiento” y compresión de la función ruminal.

Conocer y comprender la dinámica del “ecosistema retículo-rumen” es fundamental para el desarrollo de tecnologías y prácticas que favorezcan la intervención nutricional, y apoyen la producción eficiente de alimentos al tiempo que se mitigan las emisiones de gases de efecto invernadero.

Referencias bibliográficas

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Por: Alis Teresa Márquez Araque

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